CN102877482A - 一种重力式基础结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重力式基础结构及其施工方法，混凝土顶盖上设置有混凝土筒型载压舱，混凝土顶盖下面设置混凝土筒壁和钢制筒壁构成的圆筒结构，混凝土壁中径向均布地设置有第一管路，钢制筒壁内部空间设置有钢制分舱板。其施工方法是陆上预制重力式基础结构；之后基础整体浮运到施工现场进行自重下沉和负压下沉施工；负压下沉停止后，通过第一管路进行破土下沉施工；通过第一管路和分舱上的第二管路进行注浆操作；在混凝土筒型载压舱中填筑重物进行压载操作，同时在混凝土顶盖上方、混凝土筒型载压舱周围进行抛石压载操作。本发明能够降低运输和施工难度，提高运输和安装速度，增强对土体的适用能力，从而使施工周期缩短，工程成本大幅度降低。

Description

一种重力式基础结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种基础结构，具体的说，是涉及一种港口、海洋、水利和桥梁工程中的基础结构及其施工方法。

背景技术

目前在港口、海洋、水利及桥梁工程，常见的基础形式主要包括桩基础、支架式基础、重力式基础和筒型基础。重力式基础是靠结构本身及其上填料或压载的重量抵抗外力、维持建筑物抗滑稳定和抗倾稳定的结构，由于其结构材料一般以混凝土和沙石材料为主，材料成本较低，并且一般为浅基础形式，施工成本也较低，因此逐渐被工程界认可和广泛应用。

但是重力式基础由于重量较大，运输和施工的难度也相对较大。另外如果遇到浅层土质为软弱土时还需要进行地基处理，不仅会大大增加施工成本，而且也限制了重力式基础的适用范围。

发明内容

本发明要解决的是现有重力式基础运输和施工难度较大的技术问题，提供一种新型的重力式基础结构及其施工方法，可以先自浮拖航并安装，安装结束后再通过压载舱压载，能够大幅度降低施工成本，显著提高安装速度。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种重力式基础结构，包括圆形的混凝土顶盖，所述混凝土顶盖上设置有结构梁系，所述结构梁系底面与所述混凝土顶盖底面齐平；

所述混凝土顶盖上面设置有中空的混凝土筒型载压舱，所述混凝土筒型载压舱底面直径小于等于所述混凝土顶盖直径，所述混凝土筒型载压舱顶面直径小于等于底面直径，所述混凝土筒型载压舱壁内径向均布有预应力钢筋；

所述混凝土顶盖下面设置有圆筒结构，所述圆筒结构由上部的混凝土筒壁和下部的钢制筒壁组合构成，所述钢制筒壁插入于所述混凝土筒壁进行连接，所述混凝土筒壁相对于所述钢制筒壁的加厚部分径向均布有能够传输高压气或高压水的第一管路，所述第一管路顶端伸出于所述混凝土顶盖、底端伸出于所述混凝土筒壁；

所述圆筒结构内部设置有钢制分舱板，所述钢制筒壁顶部以及所述钢制分舱板顶部均插入所述混凝土顶盖与其固定连接，所述钢制筒壁、所述钢制分舱板与所述混凝土顶盖构成多个底部开口的密封分舱，每个所述分舱顶部设置有可开关的第二管路。

所述结构梁系包括设置于所述混凝土顶盖周边的外环梁、与所述混凝土筒型载压舱连接的内环梁以及径向均布于所述混凝土顶盖的直梁，所述直梁由所述混凝土顶盖中心延伸至周边。

所述分舱组成蜂窝状，包括中心的一个正六边形分舱和均匀设置于其周围的六个相同的边分舱，所有的所述钢制分舱板长度相等，均为所述圆筒结构直径的0.25倍。

所述混凝土顶盖的直径为10~50m，厚度为0.2~0.6m；所述结构梁系中梁的截面宽度为0.5~1.5m，高度为0.8~1.8m。

所述混凝土筒壁的高度为0.1~2m，厚度为50~1000mm。

所述钢制筒壁的高度为1~5m，厚度为10~100mm；所述钢制筒壁插入于所述混凝土筒壁的深度为0.1~1m。

所述第一管路的直径为5~200mm；所述第一管路的个数为10~100个。

所述钢制分舱板的厚度为10~30mm；所述钢制分舱板插入所述结构梁系与所述混凝土顶盖的深度为0.1~1m。

所述混凝土筒型载压舱的壁面为呈弧形内凹的曲面，该曲面的曲率为1/60~1/10。

一种重力式基础结构的施工方法，包括如下步骤：

a．陆上先将所述混凝土筒壁和所述钢制筒壁组装构成所述圆筒结构，再组装所述钢制分舱板；

b．利用薄壁压型钢板作为所述混凝土顶盖的底面模板，所述薄壁压型钢板与所述圆筒结构及所述钢制分舱板连接构成底部开口的密封结构，所述密封结构内部为多个底部开口的密封分舱；

c．将所述密封结构整体吊入陆地边的水中，分别检查各分舱的气密性；

d．各分舱的气密性符合要求之后，将吊入水中的所述密封结构系上揽风绳；

e．在所述薄壁压型钢板上绑扎钢筋和浇注混凝土，进行所述混凝土顶盖和所述混凝土筒型载压舱的施工；

f．所述混凝土顶盖和所述混凝土筒型过渡段施工完成并达到设计强度要求后，基础整体浮运到施工现场；浮运过程中通过所述第二管路对各分舱注气或放气调节每个分舱内气压，以控制拖航稳性；

g．进行以自重下沉为主、负压下沉为辅的下沉施工；

h．下沉到所述混凝土筒壁位置时，通过所述第一管路向下传送高压气或高压水，进行破土下沉施工；下沉过程中出现倾斜时，通过所述第二管路对各分舱施加不同的气压力或水压力进行调平；

i．破土下沉至设计高度后，通过所述混凝土筒壁上的第一管路和所述分舱上的第二管路进行注浆操作，注浆为混凝土浆或高强水泥砂浆；

j．在所述混凝土筒型载压舱中填筑重物等进行压载操作，所述重物为水、砂石或砂浆；同时在所述混凝土顶盖上方、所述混凝土筒型载压舱周围进行抛石压载操作。

本发明的有益效果是：

本发明提出一种新型的重力式基础结构，包括混凝土筒壁和钢制筒壁组合而成的圆筒结构，筒内设有钢制分舱板，混凝土顶盖上设有混凝土筒型载压舱；

由于重力式基础结构预制完成后，重量相对较轻，因此可以先自浮拖航到施工地点；由于下部的钢制筒壁和钢制分舱板很薄，在自重下沉法及负压下沉法的辅助下，重力式基础结构能够初步入泥；由于混凝土壁中径向均布地设置有第一管路，初步入泥后通过高压气/水破土，很容易克服土体阻力切入土体达到设计下沉深度，能够大幅度提高筒型基础的下沉速度和下沉到位率；安装结束后，注浆和压载可以进一步增加基础结构侧面和底面与土体接触部分的稳定性。

综合上述结构与施工特点，本发明能够显著降低运输和施工的难度，提高运输和安装的速度，使得基础结构体系对土体的适用能力增强，不需要提前处理地基，从而使施工周期缩短，工程成本也大幅度降低。

附图说明

图1是本发明所提供的重力式基础结构的侧视示意图；

图2是本发明所提供的重力式基础结构的俯视示意图；

图3是本发明所提供的混凝土顶盖的平面示意图；

图4是本发明所提供的分舱结构的平面示意图。

图中：1，混凝土顶盖；2，混凝土筒型载压舱；21，预应力钢筋；3，圆筒结构；31，混凝土筒壁；32，钢制筒壁；4，钢制分舱板；5，结构梁系；51，外环梁；52，内环梁；53，直梁；6，第一管路；7，第二管路。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1和图2所示，本实施例披露了一种重力式基础结构，主要包括混凝土顶盖1、混凝土筒型载压舱2、混凝土筒壁31和钢制筒壁32组成的圆筒结构3以及钢制分舱板4。

混凝土顶盖1是直径为40m，厚度为0.4m的圆形片状结构。混凝土顶盖1通常的直径选择范围是10~50m，厚度选择范围是0.2~0.6m。

混凝土顶盖1上表面分布有能够保证混凝土顶盖1刚度的结构梁系5，结构梁系5的底面与混凝土顶盖1的底面齐平。结合图3所示，结构梁系5由外环梁51、内环梁52以及16根直梁53构成，外环梁51设置在混凝土顶盖1周边位置，内环梁52设置在混凝土筒型载压舱2底部并与其相连接，16根直梁53径向均布于混凝土顶盖1表面，由中心延伸至周边。结构梁系5中外环梁51、内环梁52以及直梁53的截面宽度均为1.2m，高度均为1.6m。结构梁系中各梁通常的的截面宽度选择范围是0.5~1.5m，高度选择范围是0.8~1.8m。

混凝土筒型载压舱2设置于混凝土顶盖1顶部，底面直径为30m，不大于混凝土顶盖1直径。混凝土筒型过渡段2为预应力混凝土结构，壁内径向均布有50根预应力钢筋21。为了达到较好的支撑作用，混凝土筒型过渡段2顶面直径小于等于底面直径，并且壁面为呈弧形内凹的曲面，曲面的曲率为1/40，壁面曲率通常的选择范围是1/60~1/10。

圆筒结构3由上部的混凝土筒壁31和下部的钢制筒壁32组合构成，钢制筒壁32顶部通过向上伸入混凝土筒壁31，与混凝土筒壁31连接为一体，伸入深度为0.5m；钢制筒壁32顶部插入混凝土筒壁31的深度通常选择在0.1~1m。

钢制筒壁32的高度为3m，厚度为30mm；一般来说，钢制筒壁32通常的高度选择范围是1~5m，厚度选择范围是10~100mm。

混凝土筒壁31的高度为1m，的高度为600mm；一般来说，混凝土筒壁31通常的高度选择范围是0.1~5m，侧壁厚度选择范围是50~1000mm。显然，混凝土筒壁31的厚度要大于钢制筒壁32的厚度，混凝土筒壁31相对于钢制筒壁32的加厚部分中，径向均布有48个直径为20mm的第一管路6，第一管路6顶端略伸出于混凝土顶盖1、底端略伸出于混凝土筒壁31。第一管路6用于传输高压气或高压水，其通常的个数选择范围是10~100个，直径选择范围是5~200mm。

结合图4所示，圆筒结构3内部设置有钢制分舱板4。钢制分舱板4的高度为4m，不大于圆筒结构3的高度；钢制分舱板4的厚度为15mm，通常其选择范围在10~30mm内。钢制分舱板4通过向上伸入混凝土顶盖1以及直梁53内，与混凝土顶盖1连接为一体，伸入深度为0.5m。钢制分舱板4顶部插入结构梁系5的深度通常选择在0.1~1m。

由此，圆筒结构3、钢制分舱板4与混凝土顶盖1构成多个底部开口的密封分舱，并且每个分舱顶部分别预留设置有开关的第二管路7。分舱结构中的七个分舱除底部开口外彼此密封完好，保证相互之间不串舱。优选地，分舱组成蜂窝状分舱结构，包括中心的一个正六边形分舱和均匀设置于其周围的六个相同的边分舱。正六边形分舱和边分舱的边长均等，为圆筒结构3直径的0.25倍。

本实施例同时还披露了上述重力式基础结构的施工方法，具体包括如下步骤：

在陆上码头边，先将混凝土筒壁31和钢制筒壁32组装构成圆筒结构3，再组装钢制分舱板4。

利用薄壁压型钢板充当混凝土顶盖1的底面模板，同时薄壁压型钢板与圆筒结构3及钢制分舱板4连接构成底部开口的密封结构，密封结构内部为多个底部开口的密封分舱。

将上述薄壁压型钢板、圆筒结构3及钢制分舱板4组成的密封结构整体吊入码头边水中，分别检查各分舱的气密性，若入水漏气则整体调回陆上码头检查和补修焊缝。

各分舱的气密性符合要求之后，将吊入水中的密封钢结构系上揽风绳。

在薄壁压型钢板制成的底面模板上绑扎钢筋和浇注混凝土，进行混凝土顶盖1和混凝土筒型载压舱2的施工。

混凝土顶盖1和混凝土筒型载压舱2施工完成，并且达到设计强度要求后，将基础整体浮运到施工现场。浮运过程中可以通过分舱顶部预留的第二管路7对各分舱注气或放气，以调节每个分舱内气压，从而控制拖航稳性。

基础整体浮运就位后，进行自重下沉施工，当自重下沉施工不到位时，可以辅助进行负压下沉施工。

负压下沉到混凝土筒壁31位置时将会停止不动，通过第一管路6向下传送高压气或高压水，进行破土下沉施工。若重力式基础结构在下沉过程中出现倾斜，可以通过第二管路7对各分舱施加不同的舱内气压力或水压力，进行调平工作。

破土下沉至设计高度后，通过混凝土筒壁31上的第一管路6和分舱上的第二管路7进行注浆操作，达到加固基础结构底部，以及增加基础侧面和底面与土体接触部分的稳定性的目的；其中注浆选用混凝土浆或高强水泥砂浆。

在混凝土筒型载压舱2中填筑重物，如水、砂石或砂浆等进行压载操作。同时在混凝土顶盖1的上方、混凝土筒型载压舱2的周围进行抛石压载操作。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种重力式基础结构，其特征在于，包括圆形的混凝土顶盖，所述混凝土顶盖上设置有结构梁系，所述结构梁系底面与所述混凝土顶盖底面齐平；

所述混凝土顶盖上面设置有中空的混凝土筒型载压舱，所述混凝土筒型载压舱底面直径小于等于所述混凝土顶盖直径，所述混凝土筒型载压舱顶面直径小于等于底面直径，所述混凝土筒型载压舱壁内径向均布有预应力钢筋；

所述混凝土顶盖下面设置有圆筒结构，所述圆筒结构由上部的混凝土筒壁和下部的钢制筒壁组合构成，所述钢制筒壁插入于所述混凝土筒壁进行连接，所述混凝土筒壁相对于所述钢制筒壁的加厚部分径向均布有能够传输高压气或高压水的第一管路，所述第一管路顶端伸出于所述混凝土顶盖、底端伸出于所述混凝土筒壁；

所述圆筒结构内部设置有钢制分舱板，所述钢制筒壁顶部以及所述钢制分舱板顶部均插入所述混凝土顶盖与其固定连接，所述钢制筒壁、所述钢制分舱板与所述混凝土顶盖构成多个底部开口的密封分舱，每个所述分舱顶部设置有可开关的第二管路。

2.根据权利要求1所述的一种重力式基础结构，其特征在于，所述结构梁系包括设置于所述混凝土顶盖周边的外环梁、与所述混凝土筒型载压舱连接的内环梁以及径向均布于所述混凝土顶盖的直梁，所述直梁由所述混凝土顶盖中心延伸至周边。

3.根据权利要求1所述的一种重力式基础结构，其特征在于，所述分舱组成蜂窝状，包括中心的一个正六边形分舱和均匀设置于其周围的六个相同的边分舱，所有的所述钢制分舱板长度相等，均为所述圆筒结构直径的0.25倍。

4.根据权利要求1所述的一种重力式基础结构，其特征在于，所述混凝土顶盖的直径为10~50m，厚度为0.2~0.6m；所述结构梁系中梁的截面宽度为0.5~1.5m，高度为0.8~1.8m。

5.根据权利要求1所述的一种重力式基础结构，其特征在于，所述混凝土筒壁的高度为0.1~2m，厚度为50~1000mm。

6.根据权利要求1所述的一种重力式基础结构，其特征在于，所述钢制筒壁的高度为1~5m，厚度为10~100mm；所述钢制筒壁插入于所述混凝土筒壁的深度为0.1~1m。

7.根据权利要求1所述的一种重力式基础结构，其特征在于，所述第一管路的直径为5~200mm；所述第一管路的个数为10~100个。

8.根据权利要求1所述的一种重力式基础结构，其特征在于，所述钢制分舱板的厚度为10~30mm；所述钢制分舱板插入所述结构梁系与所述混凝土顶盖的深度为0.1~1m。

9.根据权利要求1所述的一种重力式基础结构，其特征在于，所述混凝土筒型载压舱的壁面为呈弧形内凹的曲面，该曲面的曲率为1/60~1/10。

10.一种如权利要求1所述重力式基础结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

a．陆上先将所述混凝土筒壁和所述钢制筒壁组装构成所述圆筒结构，再组装所述钢制分舱板；

b．利用薄壁压型钢板作为所述混凝土顶盖的底面模板，所述薄壁压型钢板与所述圆筒结构及所述钢制分舱板连接构成底部开口的密封结构，所述密封结构内部为多个底部开口的密封分舱；

c．将所述密封结构整体吊入陆地边的水中，分别检查各分舱的气密性；

d．各分舱的气密性符合要求之后，将吊入水中的所述密封结构系上揽风绳；

e．在所述薄壁压型钢板上绑扎钢筋和浇注混凝土，进行所述混凝土顶盖和所述混凝土筒型载压舱的施工；

f．所述混凝土顶盖和所述混凝土筒型过渡段施工完成并达到设计强度要求后，基础整体浮运到施工现场；浮运过程中通过所述第二管路对各分舱注气或放气调节每个分舱内气压，以控制拖航稳性；

g．进行以自重下沉为主、负压下沉为辅的下沉施工；

h．下沉到所述混凝土筒壁位置时，通过所述第一管路向下传送高压气或高压水，进行破土下沉施工；下沉过程中出现倾斜时，通过所述第二管路对各分舱施加不同的气压力或水压力进行调平；

i．破土下沉至设计高度后，通过所述混凝土筒壁上的第一管路和所述分舱上的第二管路进行注浆操作，注浆为混凝土浆或高强水泥砂浆；

j．在所述混凝土筒型载压舱中填筑重物等进行压载操作，所述重物为水、砂石或砂浆；同时在所述混凝土顶盖上方、所述混凝土筒型载压舱周围进行抛石压载操作。

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